[發(fā)明專利]基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷方法、系統(tǒng)及建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110686358.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN113358212B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施全;周蒼松;石曉輝;鄧飛云;孫鈺伶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00;G06F30/20
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 孫根

1.一種基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟，

1)獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)該振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到其振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)；

2)截取機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)中的一段，經(jīng)計(jì)算獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)的階次譜；

3)根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的NVH特性，截取出具有諧階次的階次譜段；該具有諧階次的階次譜段是根據(jù)有故障的相同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的階次譜圖經(jīng)分析對(duì)比獲取的；

4)對(duì)該階次譜段進(jìn)行特征趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)其中的諧階次并對(duì)其幅值進(jìn)行求和；

5)將諧階次幅值求和的值與無故障機(jī)械結(jié)構(gòu)的相應(yīng)值進(jìn)行比較，得到一差值；

6)將該差值按照時(shí)間順序繪制曲線，通過曲線的實(shí)時(shí)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)故障的監(jiān)測診斷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷方法，其特征在于，步驟2中振動(dòng)數(shù)據(jù)的階次譜是通過對(duì)截取的振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)采用等角度采樣方法并經(jīng)快速傅里葉變換得到的階次譜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷方法，其特征在于，步驟4中，根據(jù)截取的階次譜段數(shù)據(jù)，濾掉多余的階次譜段數(shù)據(jù)，并根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)計(jì)算諧階次間隔，提取得到諧階次數(shù)據(jù)，將諧階次的幅值求和，得到一個(gè)諧階次值：

其中H為諧階次值，h為單個(gè)諧階次的幅值，N為諧階次個(gè)數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷方法，其特征在于，步驟5中，計(jì)算無故障機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)的諧階次值的范圍，該范圍的極限值設(shè)為設(shè)定值，所述諧階次值與設(shè)定值相減即為相對(duì)諧階次值。

5.一種基于相對(duì)諧階次的機(jī)電故障診斷系統(tǒng)，包括依次連接的：

獲取單元，用于獲取機(jī)電系統(tǒng)測點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

處理單元，用于對(duì)所述振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得所述振動(dòng)數(shù)據(jù)的階次譜；

諧階次帶選擇單元，用于選擇合適的階次范圍，可以精確監(jiān)控諧階次的變化；所述合適的階次范圍是根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的NVH特性，截取出具有諧階次的階次譜段，其中，具有諧階次的階次譜段是根據(jù)有故障的相同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的階次譜圖經(jīng)分析對(duì)比獲取的；

諧階次帶計(jì)算單元，用于計(jì)算諧階次的設(shè)定值以及諧階次值，監(jiān)控機(jī)電系統(tǒng)故障的變化過程；其中，所述設(shè)定值通過計(jì)算無故障機(jī)械結(jié)構(gòu)工作時(shí)的諧階次值的范圍，該范圍的極限值設(shè)為設(shè)定值；所述諧階次值通過對(duì)所述階次譜進(jìn)行特征趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)其中的諧階次并對(duì)其幅值進(jìn)行求和計(jì)算；

判斷單元，用于判斷諧階次的值是否超過設(shè)定值，其中，通過將諧階次值與設(shè)定值相減，即相對(duì)諧階次值來判定機(jī)電系統(tǒng)的故障信息。

6.一種基于相對(duì)諧階次的機(jī)電參數(shù)化建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)分析機(jī)電系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)；

2)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中包含的每個(gè)元件的NVH特性進(jìn)行分析；

3)在每個(gè)元件上均設(shè)置傳感器并根據(jù)傳感器的安裝位置以及元件的故障類型，確定NVH振動(dòng)信號(hào)的傳遞路徑；

4)確定機(jī)電系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)的主要傳遞路徑；

5)通過對(duì)主要傳遞路徑上的多個(gè)傳感器獲取的振動(dòng)信號(hào)采用權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的方法進(jìn)行分析，得到主要傳遞路徑上的各元件的諧階次數(shù)據(jù)；

6)根據(jù)該諧階次數(shù)據(jù)確定激勵(lì)源，即實(shí)際故障元件；

7)基于各元件的NVH特征以及該諧階次數(shù)據(jù)，建立機(jī)電系統(tǒng)的參數(shù)化模型，并通過修改該參數(shù)化模型中的具體參數(shù)，形成該機(jī)電系統(tǒng)模型的基本型。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電參數(shù)化建模方法，其特征在于，步驟1中根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)組成，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分層，并列出機(jī)電系統(tǒng)中傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：

其中T_M為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為角速度，t為時(shí)間。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電參數(shù)化建模方法，其特征在于步驟3中的振動(dòng)信號(hào)的傳遞路徑包括非時(shí)變和時(shí)變傳遞路徑。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相對(duì)諧階次的機(jī)電參數(shù)化建模方法，其特征在于，步驟4中確定振動(dòng)信號(hào)的主要傳遞路徑是根據(jù)振動(dòng)信號(hào)對(duì)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量進(jìn)行排序獲得。